摘要：采用“石英砂-錳砂”雙層濾料去除水中含鐵及雜質，降低渾濁度，保證出水水質符合國家飲用水衛生標準，水處理能力提高一倍，節省投資，便于管理，具有較明顯的經濟效益，本文針對無閥濾池雙層濾料研制與應用進行了探討。

1、問題提出

雙層濾料與單層濾料相比，雙層濾料能增加表層濾料的平均粒徑，提高孔隙率，從而具有截污能力強、出水水質穩定、濾速快、過濾周期長等特點。目前，標準圖集僅介紹了采用無煙煤濾料與石英砂濾料，雙層濾料的技術，這種雙層濾料雖能提高凈水能力但由于無煙煤濾料易破碎，在反沖洗時，容易造成濾料流失，經過一段時間運行后，逐漸會造成濾后水質不合格，況且也不能達到去除水中的鐵離子之目的。

某給水站的水源取自九龍江，因受上游廠礦污染，原水水質濁度變化大，且含鐵量高達1.6mg/l，站內水處理設備原采用曝氣反應池與無閥濾池（采用單層錳砂濾料）配套使用。該套設備建造于1972年，由于長期失修嚴重，其實際水處理能力僅為120m³/h，為了提高供水能力，90年初對水源進行了改造，投產后，泵房揚水能力達到150m³/h，致使濾池處于超負荷狀態運行，曝氣反應池經常溢水，出水水質無法達標，加上無備用水處理設備，遇上濾池周期性檢修時，經常只能供給未經凈化的渾水。

針對以上問題，要達到既能去除鐵離子，保證出水水質達標，又能提高凈化能力，結合大修進行技術改造。1991年9月，對無閥濾池采用石英砂濾料和錳砂濾料，雙層濾料的研制應用，開展技術攻關。

2、理論依據

2.1、可行性分析

錳砂濾料含有高價錳的氧化物，在濾池運行過程中，表面會逐漸產生一種有催化作用的鐵質活性“濾膜”，有較好的除鐵效果，而且石英砂濾料和錳砂濾料二者都具有足夠的機械強度和化學穩定性，可以防止在反沖洗時，濾料產生嚴重磨損，破碎和流失現象，保證濾料穩定性。二者化學性質也很穩定，可以避免濾料與水產生化學反應而惡化水質。因此，若采用石英砂濾料和錳砂濾料作為雙層濾料，不僅能去除水中雜質，降低鐵離子含量，而且還能提高過濾速度，提高原有構筑物的凈化能力。

2.2、工藝說明

原水通過水射器吸入大量空氣進行氧化后，進入反應池使水氣進一步充分混合，經過分配水箱、進水管、流入無閥濾池。當溶解了大量氧氣的水經過石英砂濾料和錳砂濾料，雙層濾料過濾時，水中二價鐵被濾料吸附，進而氧化水解逐漸生成具有催化作用的鐵質活性“濾膜”，方程式為：3MnO₂₊O₂=MnOMn₂O₇：MnOMn₂O7+4Fe²⁺+2H₂O=3MnO₂+4Fe³⁺+4OH。

使二價鐵（Fe²⁺）的氧化和三價鐵（Fe³⁺）的混凝沉淀過程基本上在濾層中完成，無閥濾池出水濁度和含鐵量達到國家飲用水標準。

3、模擬試驗及組織實施

首先，模擬無閥濾池制作了有機玻璃模型，通過對石英砂濾料和錳砂濾料的級配、孔隙率、不均勻系數等物理化學特性分析,，在現場對不同級配的濾料進行分組模擬試驗（見表1）。

表1模擬試驗濾料組成及化驗的數據

通過十幾次反復的模擬試驗，對模擬試驗得出的結果進行認真分析、較對，然后確認了濾料的合理級配。既石英砂濾料粒徑0.995-1.27mm，鋪設厚度400mm。錳砂濾料粒徑0.803-1.27mm,，鋪設厚度300mm，并組織實施。

首先，按設計所提高的凈化能力300m³/h，對水處理構筑物的配套管網進行改造。然后，在原濾池的左格進行濾料安裝，先強制反沖洗兩次后，停止進水，將池水放干，池內錳砂承托層按粗到細分別逐級鋪裝。錳砂濾料承托層鋪裝340mm后，封蓋進行強制反沖洗，并刮除表層15mm左右的雜質，然后再鋪裝石英砂濾料420mm，同樣封蓋進行強制反沖洗刮除表層10mm左右雜質。鋪裝過程中我們嚴格掌握石英砂濾料和錳砂濾料的高度和厚薄均勻，每層投料完畢后，都利用水面進行找平并校正高度，全部安裝完畢后，即進水浸泡，于92年1月12日開始投用，經調試后，運行效果良好，水質、凈化能力均達到設計要求，單格濾池凈化能力150m³/h。

表2無閥濾池更換雙層濾料前后主要運行技術指標（水溫15℃）

4、注意事項

（1）雙層濾料對反沖洗強度要求較高，水溫每增減1℃反沖洗強度要相應增減1%，以避免石英砂濾料、錳砂濾料混層，影響過濾效果。

（2）雙層濾料的無閥濾池沖洗前的水頭損失較大值可以采用2.5m，但由于受即有構筑物工藝流程的限制，未對無閥濾池原虹吸系統進行改造，其沖洗前的水頭損失較大值僅為1.7m，因此，運行時會縮短過濾周期，未能充分發揮雙層濾料的截污能力。

5、結束語

無閥濾池采用石英砂濾料和錳砂濾料，雙層濾料后，經過14年的運行，充分證明此項科研成果達到了預期的目的，產生了很好的效果和意義。

（1）采用雙層濾料后，無閥濾池出水濁度均在2~3mg/l，含鐵量在0.10~0.15mg/l之間，能達到了國家飲用水標準。應用石英砂濾料和錳砂濾料，經受了多次雨季原水高濁度的考驗，例92年3月27日，九龍江水面淹沒水源井，原水濁度超過1000mg/l，在無閥濾池出水濁度實測僅為3.0~3.5mg/l，證明了雙層濾料研制應用的成功。

（2）采用石英砂濾料和錳砂濾料，改變了原構筑物能力不足的狀況，使無閥濾池的凈水能力增加了一倍，由原來的150m³/h，提高到300m³/h，遇到周期性檢修時，原水可進行單格過濾，以便輪換檢修，保證不間斷供給合格的水質。

（3）石英砂濾料和錳砂濾料，雙層濾料與單層錳砂濾料相比，其濾層截污能力提高93%，當水處理能力為150m³/h，單層錳砂濾料的濾池，過濾周期為21小時，而雙層濾料過濾周期為35小時，過濾周期延長67%，僅這一項，按每天濾池運行21小時，每次反沖洗水量60m³計，每年可節約反沖洗水量為17520m³。

（4）采用石英砂濾料和錳砂濾料不但能提高水處理能力，保證出水水質達標，而且與投資興建一套水處理構筑物相比，可減少土建投資，還節約了土地，同時便于運營管理，具有較明顯的經濟效益。

（5）該雙層濾料的研制與應用為其他濾池的改造、挖潛、提高凈水能力提供了實踐經驗，填補了含鐵原水處理系統雙層濾料應用的空白，具有推廣價值。